WO2024257640A1 - 情報処理方法、情報処理装置、及びプログラム - Google Patents

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WO2024257640A1
WO2024257640A1 PCT/JP2024/020249 JP2024020249W WO2024257640A1 WO 2024257640 A1 WO2024257640 A1 WO 2024257640A1 JP 2024020249 W JP2024020249 W JP 2024020249W WO 2024257640 A1 WO2024257640 A1 WO 2024257640A1
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達也 今井
透 白土
雄一郎 上田
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
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    • G06F2119/02Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]

Definitions

  • This disclosure relates to an information processing method, an information processing device, and a program.
  • Patent Document 1 discloses a state estimation system related to the background art.
  • the system is a system for estimating the state of a liquefied gas tank installed on a ship, and includes a measurement unit, a calculation unit, a data assimilation unit, and an evaluation unit.
  • the measurement unit includes a measuring instrument that measures the state of the liquefied gas tank related to its strength.
  • the calculation unit calculates the state of the liquefied gas tank related to its strength using a pre-analysis model.
  • the data assimilation unit updates the pre-analysis model by data assimilation using the measurement results acquired by the measurement unit.
  • the evaluation unit evaluates the state of the liquefied gas tank based on the calculation results output from the calculation unit.
  • Patent document 1 does not provide any detailed consideration on optimizing the installation location of the measuring device.
  • the present disclosure aims to provide an information processing method, information processing device, and program that can optimize the installation location of measuring instruments.
  • an information processing device acquires analytical model information for estimating the state of a structure and planning information including installation locations of measuring instruments for measuring physical quantities related to the state of the structure, calculates an index value of the contribution of the installation locations to the accuracy of the state estimation based on the acquired analytical model information and planning information, and outputs result information including the calculated index value.
  • An information processing device includes an acquisition unit that acquires analytical model information for estimating the state of a structure and planning information including installation locations of measuring instruments that measure physical quantities related to the state of the structure, a calculation unit that calculates an index value of the degree of contribution that the installation locations have to the accuracy of the state estimation based on the analytical model information and the planning information acquired by the acquisition unit, and an output unit that outputs result information including the index value calculated by the calculation unit.
  • a program causes an information processing device to function as: acquisition means for acquiring analytical model information for estimating the state of a structure and planning information including installation locations of measuring instruments for measuring physical quantities related to the state of the structure; calculation means for calculating an index value of the degree of contribution that the installation locations have to the accuracy of the state estimation based on the analytical model information and the planning information acquired by the acquisition means; and output means for outputting result information including the index value calculated by the calculation means.
  • FIG. 1 is a diagram showing a liquefied gas storage ship, which is a ship to which the state estimation system is applied.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a design support apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • 4 is a flowchart showing the flow of processing executed by an information processing unit.
  • FIG. 13 is a simplified diagram showing an example of a screen displaying result information.
  • FIG. 1 shows a liquefied gas storage ship 3, which is a ship to which a marine liquefied gas tank state estimation system (hereinafter simply referred to as the "state estimation system”) 1 is applied.
  • This liquefied gas storage ship 3 is equipped with a hull 5 that floats on the water, and a liquefied gas tank (hereinafter simply referred to as the "tank”) 7 that is installed in the hull 5 and stores liquefied gas.
  • the term "liquefied gas storage ship” refers to a ship in general that has the function of storing liquefied gas.
  • the liquefied gas storage ship 3 is a liquefied gas carrier ship.
  • the liquefied gas storage ship 3 also includes, for example, liquefied gas fuel ships and bunkering ships that supply liquefied gas to other ships.
  • Tank 7 is fitted with piping (not shown) for transporting liquefied gas between tank 7 and its exterior, for example, an onshore liquefied gas storage base.
  • tank 7 has a dome portion 7a that protrudes upward, and one end of the piping is attached to this dome portion 7a.
  • the piping extends from the inside of tank 7 through dome portion 7a to the outside of tank 7.
  • the liquefied gas stored in tank 7 may be, for example, liquefied petroleum gas (LPG, approximately -45°C), liquefied ethylene gas (LEG, approximately -100°C), liquefied natural gas (LNG, approximately -160°C), liquefied hydrogen ( LH2 , approximately -250°C), liquefied helium (LHe, approximately -270°C), etc.
  • LPG liquefied petroleum gas
  • LEG liquefied ethylene gas
  • LNG liquefied natural gas
  • LH2 liquefied hydrogen
  • LHe liquefied helium
  • liquefied hydrogen is stored in tank 7.
  • two tanks 7 are installed in the hull 5 of the liquefied gas storage ship 3. These two tanks 7 are lined up in the longitudinal direction of the hull 5. However, the number of tanks 7 mounted on the hull 5 may be one, or three or more. Since the configuration of each tank 7 is the same, only one tank 7 will be described in this specification.
  • the tank 7 in the illustrated example is an independent tank 7 formed separately from the hull 5.
  • This tank 7 has a cylindrical shape with both ends bulging out like a dome.
  • the top of the tank 7 is covered by a tank cover 9 that is provided integrally with the hull 5.
  • the shape of the tank 7 is not limited to this example, and may be, for example, spherical or rectangular.
  • the tank 7 is configured as a double-shell tank 7 having an inner tank 11 and an outer tank 13.
  • a vacuum insulation layer is formed between the inner tank 11 and the outer tank 13.
  • the configuration of the tank 7 is not limited to this example.
  • the tank 7 may be a single-shell tank covered with insulation material.
  • the insulation material may be composed of, for example, multiple vacuum insulation panels or multiple foam panels.
  • the hull 5 is formed with a recess 15 in which each tank 7 is installed, and this recess 15 is divided into two cells by a bulkhead 17 between the tanks 7.
  • a pair of tank support members 21 is disposed on the bottom wall 19 of each cell.
  • the pair of tank support members 21 support the tank 7 at positions spaced apart from each other in the axial direction of the tank 7.
  • Each tank support member 21 protrudes from the bottom wall 19.
  • the tank 7 is installed on the tank support members 21, and is supported in a state spaced apart from each wall that forms the cell of the hull 5. In this embodiment, the tank 7 is attached to the hull 5 with this configuration.
  • an inner tank support member 23 that supports the inner tank 11 is arranged between the inner tank 11 and the outer tank 13.
  • the inner tank support member 23 is provided on an extension of the tank support member 21.
  • the inner tank 11 and the outer tank 13 are connected by this inner tank support member 23.
  • the inner tank 11 is supported on the hull 5 via the inner tank support member 23 and the outer tank 13.
  • the inner tank support member 23 may be fixed to only one of the inner tank 11 or the outer tank 13 and be provided so as to be in contact with the other, or it may be fixed to both.
  • the inner tank support member 23 does not have to be provided on an extension of the tank support member 21, and may be provided at a position offset from the tank support member 21 in the ship's length direction.
  • the manner in which the tank 7 is supported relative to the hull 5 is not limited to the example described above, and may be selected as appropriate depending on the structure of the tank 7 and the hull 5.
  • a cylindrical tank support member 21 that supports the tank 7 relative to the hull 5 and a cylindrical inner tank support member 23 that is interposed between the inner tank 11 and the outer tank 13 can be used.
  • the state estimation system 1 includes a measurement unit 31, a calculation unit 33, a data assimilation unit 35, and an evaluation unit 37.
  • the measuring unit 31 is equipped with a measuring instrument 39 that measures physical quantities related to the strength and other conditions of the liquefied gas tank 7, and measures the physical quantities using the measuring instrument 39.
  • the "strength and other conditions of the liquefied gas tank 7" measured by the measuring instrument 39 of the measuring unit 31 is, for example, the degree of deformation (distortion) and accumulated fatigue damage of the target part.
  • the measuring instrument 39 equipped in the measuring unit 31 is, for example, a strain sensor that measures the degree of distortion as the above-mentioned physical quantity, or a fatigue sensor that measures the amount of cracks required to calculate the accumulated fatigue damage as the above-mentioned physical quantity.
  • the measuring instrument 39 may be a sensor that measures only one type of these parameters, or may be multiple types of sensors that measure multiple types.
  • the measuring device 39 is attached to a portion that forms a load transfer path LP from the tank 7 to the hull 5 (hereinafter simply referred to as the "load transfer path"). More specifically, in this example, the measuring device 39 is attached to the tank support member 21 and the inner tank support member 23, which are portions that form the load transfer path LP.
  • the measuring device 39 is attached, for example, to the tank support member 21 near the portion that contacts the tank 7 and near the portion that is connected to the hull 5.
  • the measuring device 39 is attached, for example, to the inner tank support member 23 near the portion that contacts the inner tank 11 and the outer tank 13.
  • the data assimilation unit 35 updates the pre-analysis model through data assimilation using the measurement results acquired by the measurement unit 31.
  • Data assimilation is a method for statistically correcting uncertain factors in a numerical model using actual measured values.
  • the data assimilation unit 35 compares the various conditions and parameters set in the numerical analysis model used by the calculation unit 33 with the measurement results acquired by the measurement unit 31, and if there is a significant difference, updates the pre-analysis model by correcting it using the measurement results.
  • the evaluation unit 37 may also be output as a definitive value of accumulated fatigue damage, without using structural reliability analysis.
  • the condition estimation system 1 may further include a notification unit 43 that notifies the evaluation results by the evaluation unit 37 in an appropriate manner.
  • the notification unit 43 is configured to display a warning to perform repairs or to avoid inclement weather, for example, depending on the degree of fatigue strength deterioration and the probability of fatigue damage occurring within a specified short period of time.
  • the tank 7 to which the state estimation system 1 and the state estimation method are applied is not limited to the above example.
  • the tank 7 may be a rectangular independent tank, or it may be a so-called membrane type tank that is not independent but is formed integrally with the hull 5.
  • it is not limited to the tank 7, and may be any structure.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a design support device 50 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the design support device 50 may be configured as a dedicated terminal, may be configured using a general-purpose computer, or may be configured as a server device. Furthermore, the functions of the design support device 50 may be distributed and implemented in these multiple devices.
  • the design support device 50 includes an information processing unit 51, an input unit 52, a memory unit 53, and a display unit 54.
  • the display unit 54 is configured using any display device, such as a liquid crystal display or an organic EL display.
  • the storage unit 53 is configured using a HDD, SSD, or semiconductor memory, etc.
  • the storage unit 53 stores analysis model information 71, plan information 72, and cost information 73. However, the cost information 73 may be omitted.
  • the analysis model information 71 is a model for estimating the state of a structure, and in this embodiment corresponds to the above-mentioned pre-analysis model that estimates the state of the strength of the tank 7.
  • Plan information 72 includes design information regarding the installation locations and number of installation points of measuring instruments 39.
  • Plan information 72 includes multiple pieces of plan information in which at least one of the installation locations and the number of installation points differs. However, information on the number of installation points may be omitted by fixing the number of installation points at each installation location to a predetermined number (e.g., "1").
  • Cost information 73 is information relating to the installation costs required to install measuring device 39.
  • Cost information 73 includes an item cost DB (database) 81 and a construction cost DB 82.
  • the item cost DB 81 is a database showing item costs according to the unit price of measuring device 39, and the item costs vary depending on the type of measuring device 39.
  • the construction cost DB 82 is a database showing construction costs such as material costs and labor costs associated with installing measuring device 39, and the construction costs vary depending on the installation location of measuring device 39.
  • the information processing unit 51 is configured using a processor such as a CPU.
  • the information processing unit 51 has an acquisition unit 61, a calculation unit 62, and an output unit 63 as functions realized by the processor executing a program read from a computer-readable non-volatile recording medium such as a ROM.
  • the above program is a program for causing the information processing unit 51, which is an information processing device mounted on the design support device 50, to function as the acquisition unit 61 (acquisition means), the calculation unit 62 (calculation means), and the output unit 63 (output means).
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of processing executed by the information processing unit 51.
  • step SP01 the acquisition unit 61 acquires the analysis model information 71, the plan information 72, and the cost information 73 by reading them from the memory unit 53.
  • step SP02 the calculation unit 62 calculates an index value of the degree of contribution that the installation location of the measuring instrument 39 makes to the accuracy of state estimation of the analysis model information 71, based on the analysis model information 71 and the plan information 72 acquired by the acquisition unit 61.
  • the minimum eigenvalue of the empirical observability Gramian is used as the index value, but this is not limited to this example.
  • step SP03 the calculation unit 62 calculates a cost value required to install the measuring device 39 according to the plan information 72, based on the cost information 73 and plan information 72 acquired by the acquisition unit 61.
  • step SP03 may be executed before step SP02, or steps SP02 and SP03 may be executed simultaneously.
  • the output unit 63 generates and outputs result information including the index value and the cost value calculated by the calculation unit 62.
  • the result information output by the output unit 63 is input to the display unit 54.
  • the result information is image data of a screen 90 including a graph displaying the correspondence between the plan information 72, the index value, and the cost value, but is not limited to this example.
  • calculation unit 62 may calculate a weighted sum of the index value and the cost value using the weighting coefficient as an evaluation value, and the output unit 63 may output the evaluation value, thereby automatically selecting optimal plan information based on the evaluation value.
  • FIG. 4 shows a simplified example of a screen 90 that displays result information.
  • the upper left area of the screen 90 displays multiple measurement patterns P1 to P3 that correspond to multiple pieces of plan information included in the plan information 72.
  • measurement pattern P1 includes three measuring instruments 39 indicated by circles
  • measurement pattern P2 includes four measuring instruments 39 indicated by squares
  • measurement pattern P3 includes six measuring instruments 39 indicated by crosses.
  • the lower left area of the screen 90 displays a contour diagram in which the magnitude of the above-mentioned contribution is color-coded according to the installation location of the measuring device 39.
  • the right area of screen 90 displays a graph in which the results of each measurement pattern P1 to P3 are plotted, with the horizontal axis representing cost values and the vertical axis representing contribution index values.
  • a straight line L passing through origin O indicates a boundary line that is arbitrarily set by the user. The user can adopt planning information whose results are plotted in the area above line L (measurement pattern P1 in this example), but cannot adopt planning information whose results are plotted in the area below line L (measurement patterns P2 and P3 in this example).
  • x t is a state vector, which represents the state (such as nodal displacements or stresses) at a certain time t.
  • f(.) is a simulation model, for example an analytical model using FEM (Finite Element Method).
  • v t is the system noise, a vector representing the uncertainty of the simulation.
  • y t is an observation vector, which represents a vector obtained by extracting the observation value from x t .
  • H is an observation matrix, which is a matrix for extracting an observation value from xt .
  • the installation location of the measuring instrument 39 in each piece of plan information is given by the observation matrix H.
  • wt is the observation noise, which represents the uncertainty of the observation.
  • equation (1) can be expressed as a linear combination of equation (3).
  • observability Gram matrix G 0 in formula (4) is regular, it can be determined that state estimation is possible, and the merits and demerits of the measurement points can be evaluated depending on the magnitude of the eigenvalues of the observability Gram matrix G 0.
  • represents an integral variable.
  • observability means an index for determining whether the state can be estimated from the measured value in the system.
  • the empirical observability Gram matrix G 0 ′ shown in formula (5) is used, and, for example, its minimum eigenvalue is used as an index value indicating the contribution to the state estimation accuracy.
  • the index value the minimum eigenvalue, maximum eigenvalue, trace, or average value thereof of the empirical observability Gram matrix G 0 ′ can be used, and may be arbitrarily selected by a user, a service provider, or the like.
  • Equation (5) Y k in equation (5) is given by equation (6), where k is the time step.
  • n the number of perturbations defined by the user. Perturbations are described later.
  • Equation (7) which indicates the difference of the observation vector y when a small perturbation ⁇ u n is added to the initial value x 0 .
  • is the norm of the perturbation ⁇ u n and is given by equation (8).
  • the calculation unit 62 calculates the index value using a function formula, but as a modified example, the calculation unit 62 may calculate the index value using a trained model based on machine learning, a lookup table, or the like.
  • a variance-covariance matrix S in equation (10) is defined for a snapshot matrix X in equation (9) in which state vectors xt of the simulation are arranged so as to evolve over time in the column direction.
  • eigenvalue decomposition (principal component analysis) of the variance-covariance matrix S is performed to obtain eigenvalues and eigenvectors.
  • singular value decomposition is actually performed under the condition of formula (11), and each value of the diagonal matrix D2 in formula (12) is set as an eigenvalue, and each column of U is set as an eigenvector.
  • the obtained eigenvalues are sorted in descending order.
  • the number c of eigenvalues to be used is arbitrarily determined, and the eigenvectors corresponding to the eigenvalues are perturbed ⁇ u n (1 ⁇ n ⁇ c).
  • each element including the information processing unit 51, disclosed in this disclosure can be performed using circuits or processing circuits, including general-purpose processors, dedicated processors, integrated circuits, ASICs (Application Specific Integrated Circuits), conventional circuits, and/or combinations thereof, configured or programmed to perform the disclosed functions.
  • a processor is considered a processing circuit or circuit because it includes transistors and other circuits.
  • a circuit, unit, or means is hardware that performs the recited functions or hardware that is programmed to perform the recited functions.
  • the hardware may be hardware disclosed herein or other known hardware that is programmed or configured to perform the recited functions.
  • the hardware is a processor, which is considered a type of circuit
  • the circuit, means, or unit is a combination of hardware and software, and the software is used to configure the hardware and/or the processor.
  • the design support device 50 calculates an index value of the contribution that the installation location of the measuring device 39 has to the accuracy of the state estimation of the tank 7, and outputs result information including the calculated index value, making it possible to optimize the installation location of the measuring device 39 according to the accuracy of the state estimation.
  • the planning information 72 includes the number of measuring instruments 39 to be installed, it becomes possible to optimize the number of measuring instruments 39 to be installed depending on the accuracy of the state estimation.
  • the cost information 73 includes the item cost DB 81 and the construction cost DB 82, it is possible to calculate appropriate installation costs.
  • the result information is image data of a screen 90 including a graph showing the correspondence between the plan information 72 and the index value, it is possible to present the correspondence between the plan information 72 and the index value to the user in an easy-to-understand manner.
  • the structure is a liquefied gas tank installed on a ship, it is possible to estimate the state of the liquefied gas tank installed on the ship using a highly accurate analytical model.
  • an information processing device acquires analytical model information for estimating the state of a structure and planning information including installation locations of measuring instruments for measuring physical quantities related to the state of the structure, calculates an index value of the contribution of the installation locations to the accuracy of the state estimation based on the acquired analytical model information and planning information, and outputs result information including the calculated index value.
  • the first aspect by calculating an index value of the contribution that the installation location of the measuring instrument has to the accuracy of the state estimation of the structure, and outputting result information including the calculated index value, it is possible to optimize the installation location of the measuring instrument according to the accuracy of the state estimation.
  • the planning information may further include the number of measuring devices to be installed.
  • cost information relating to the installation cost required to install the measuring device is further acquired, and a cost value required to install the measuring device according to the planning information is further calculated based on the cost information and the planning information, and the result information may further include the calculated cost value.
  • the third aspect it is further possible to optimize the installation location of the measuring device according to the installation cost of the measuring device.
  • the installation cost may include an item cost according to the unit price of the measuring device and a construction cost according to the installation location.
  • the result information may include a graph that displays the correspondence between the plan information and the index value.
  • An information processing device includes an acquisition unit that acquires analytical model information for estimating a state of a structure and planning information including installation locations of measuring instruments that measure physical quantities related to a state of the structure, a calculation unit that calculates an index value of a contribution of the installation locations to an accuracy of the state estimation based on the analytical model information and the planning information acquired by the acquisition unit, and an output unit that outputs result information including the index value calculated by the calculation unit. Equipped with.
  • the sixth aspect by calculating an index value of the contribution that the installation location of the measuring instrument has to the accuracy of the state estimation of the structure, and outputting result information including the calculated index value, it is possible to optimize the installation location of the measuring instrument according to the accuracy of the state estimation.
  • the program according to the seventh aspect of the present disclosure is a program for causing an information processing device to function as: an acquisition means for acquiring analytical model information for estimating the state of a structure and planning information including installation locations of measuring instruments for measuring physical quantities related to the state of the structure; a calculation means for calculating an index value of the contribution of the installation locations to the accuracy of the state estimation based on the analytical model information and the planning information acquired by the acquisition means; and an output means for outputting result information including the index value calculated by the calculation means.
  • the seventh aspect by calculating an index value of the contribution that the installation location of the measuring instrument has to the accuracy of the state estimation of the structure, and outputting result information including the calculated index value, it is possible to optimize the installation location of the measuring instrument according to the accuracy of the state estimation.

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Abstract

情報処理装置は、構造物の状態推定を行う解析モデル情報と、前記構造物の状態に関する物理量を計測する計測器の設置箇所を含む計画情報とを取得し、取得した前記解析モデル情報と前記計画情報とに基づいて、前記設置箇所が前記状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出し、算出した前記指標値を含む結果情報を出力する。

Description

情報処理方法、情報処理装置、及びプログラム
 本開示は、情報処理方法、情報処理装置、及びプログラムに関する。
 特許文献1には、背景技術に係る状態推定システムが開示されている。当該システムは、船舶に設置された液化ガスタンクの状態を推定するシステムであって、計測ユニットと、計算ユニットと、データ同化ユニットと、評価ユニットとを備える。計測ユニットは、前記液化ガスタンクの強度に関する状態を計測する計測器を備える。計算ユニットは、前記液化ガスタンクの強度に関する状態を事前解析モデルによって計算する。データ同化ユニットは、前記計測ユニットで取得した計測結果を用いたデータ同化によって前記事前解析モデルを更新する。評価ユニットは、前記計算ユニットから出力された計算結果に基づいて前記液化ガスタンクの状態を評価する。
 特許文献1では、計測器の設置箇所を最適化することについて、詳細な検討がなされていない。
国際公開第2022/145287号
 本開示は、計測器の設置箇所を最適化することが可能な、情報処理方法、情報処理装置、及びプログラムを得ることを目的とする。
 本開示の一態様に係る情報処理方法は、情報処理装置が、構造物の状態推定を行う解析モデル情報と、前記構造物の状態に関する物理量を計測する計測器の設置箇所を含む計画情報とを取得し、取得した前記解析モデル情報と前記計画情報とに基づいて、前記設置箇所が前記状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出し、算出した前記指標値を含む結果情報を出力する。
 本開示の他の態様に係る情報処理装置は、構造物の状態推定を行う解析モデル情報と、前記構造物の状態に関する物理量を計測する計測器の設置箇所を含む計画情報とを取得する取得部と、前記取得部が取得した前記解析モデル情報と前記計画情報とに基づいて、前記設置箇所が前記状態推定の精度に与える寄与度の標値を算出する算出部と、前記算出部が算出した前記指標値を含む結果情報を出力する出力部と、を備える。
 本開示のさらに他の態様に係るプログラムは、情報処理装置を、構造物の状態推定を行う解析モデル情報と、前記構造物の状態に関する物理量を計測する計測器の設置箇所を含む計画情報とを取得する取得手段と、前記取得手段が取得した前記解析モデル情報と前記計画情報とに基づいて、前記設置箇所が前記状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出する算出手段と、前記算出手段が算出した前記指標値を含む結果情報を出力する出力手段と、として機能させる。
 本開示によれば、計測器の設置箇所が構造物の状態推定の精度に与える寄与度の指標値を出力することによって、計測器の設置箇所を最適化することが可能となる。
状態推定システムが適用される船舶である液化ガス貯留船を示す図である。 本開示の実施形態に係る設計支援装置の構成を示す図である。 情報処理部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 結果情報を表す画面の一例を簡略化して示す図である。
 以下、本開示の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。
 図1に、舶用液化ガスタンク状態推定システム(以下、単に「状態推定システム」という。)1が適用される船舶である液化ガス貯留船3を示す。この液化ガス貯留船3は、水上に浮かべられる船体5と、船体5に設置された液化ガスを貯留する液化ガスタンク(以下、単に「タンク」という。)7とを備えている。
 なお、本明細書において「液化ガス貯留船」とは、液化ガスを貯留する機能を有する船舶一般を指す。本実施形態における液化ガス貯留船3は液化ガス運搬船である。もっとも、液化ガス運搬船以外にも、例えば液化ガス燃料船や、液化ガスを他の船舶に供給するバンカリング船等が液化ガス貯留船3に含まれる。
 タンク7には、タンク7とその外部、例えば陸上の液化ガス貯留基地との間で液化ガスを移送するための図示しない配管が取り付けられている。図示の例では、タンク7は、上方に突出するドーム部7aを有しており、このドーム部7aに配管の一端が取り付けられている。配管は、タンク7の内部からドーム部7aを貫通してタンク7の外部へ延設されている。
 タンク7に貯留される液化ガスは、例えば、液化石油ガス(LPG、約-45℃)、液化エチレンガス(LEG、約-100℃)、液化天然ガス(LNG、約-160℃)、液化水素(LH2、約-250℃)、液化ヘリウム(LHe、約-270℃)などである。
 本実施形態では、タンク7に液化水素が貯留される。
 本実施形態では、液化ガス貯留船3の船体5に2つのタンク7が設置されている。これら2つのタンク7は、船体5の船長方向に並んでいる。ただし、船体5に搭載されるタンク7の数は1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。各タンク7の構成は同一であるので、本明細書では、1つのタンク7のみについて説明する。
 図示の例に係るタンク7は、船体5とは独立に形成される独立型タンク7である。また、このタンク7は、円筒形状の両端部がドーム状に膨出している俵形状を有している。タンク7の上部は、船体5と一体に設けられたタンクカバー9によって覆われている。なお、タンク7の形状はこの例に限定されず、例えば球形であってもよいし、方形であってもよい。
 また、本実施形態では、タンク7は、内槽11および外槽13を有する二重殻タンク7として構成されている。例えば、内槽11と外槽13との間には真空断熱層が形成されている。もっとも、タンク7の構成はこの例に限定されない。例えば、タンク7は、断熱材で覆われた一重殻タンクであってもよい。この場合の断熱材は、例えば、複数の真空断熱パネルで構成されてもよいし、複数の発泡パネルで構成されてもよい。
 船体5には、各タンク7が設置される凹部15が形成されており、この凹部15がタンク7の間で隔壁17によって2つのセルに分割されている。各セルの底壁19に、一対のタンク支持部材21が配置されている。一対のタンク支持部材21は、タンク7の軸方向に互いに離間する位置でタンク7を支持する。各タンク支持部材21は底壁19から突設されている。タンク7は、タンク支持部材21上に設置されることにより、船体5のセルを形成する各壁から離間した状態で支持されている。本実施形態では、このような構成により、タンク7が船体5に取り付けられている。
 また、内槽11と外槽13との間には、内槽11を支持する内槽支持部材23が配置されている。この例では、内槽支持部材23はタンク支持部材21の延長上に設けられている。この内槽支持部材23によって内槽11と外槽13とが接続される。内槽支持部材23および外槽13を介して内槽11が船体5に支持されている。なお、内槽支持部材23は、内槽11と外槽13のいずれか一方のみに固定され、他方に接触するように設けられていてもよいし、両方に固定されていてもよい。また、内槽支持部材23は、タンク支持部材21の延長上に設けられていなくともよく、タンク支持部材21から船長方向にずれた位置に設けられてもよい。
 なお、船体5に対するタンク7の支持態様は、上記で説明した例に限定されず、タンク7および船体5の構造に応じて適宜選択してよい。例えば、タンク7が球形状である場合には、タンク7を船体5に対して支持する円筒状のタンク支持部材21および内槽11と外槽13の間に介装される円筒状の内槽支持部材23を採用することができる。
 次に、上記の構成を有する液化ガスタンク7の状態を推定する状態推定システム1およびこのシステムを用いた状態推定方法について説明する。図1に示すように、状態推定システム1は、計測ユニット31、計算ユニット33、データ同化ユニット35および評価ユニット37を備えている。
 計測ユニット31は、液化ガスタンク7の強度等の状態に関する物理量を計測する計測器39を備えており、計測器39によって前記物理量を計測する。計測ユニット31の計測器39によって計測する、「液化ガスタンク7の強度等の状態」とは、例えば、対象部分の変形(歪み)度合いや累積疲労損傷である。計測ユニット31が備える計測器39とは、例えば、歪みの度合いを上記物理量として計測する歪みセンサや、累積疲労損傷の算出に必要なき裂量を上記物理量として計測する疲労センサである。計測器39はこれらのパラメータのうち一種類のみを計測するセンサであってもよく、複数の種類を計測する複数の種類のセンサであってもよい。
 本実施形態において、計測器39は、タンク7から船体5への荷重伝達経路(以下、単に「荷重伝達経路」という。)LPを形成する部分に取り付けられている。より具体的には、この例では、計測器39は、荷重伝達経路LPを形成する部分であるタンク支持部材21および内槽支持部材23に取り付けられている。
 より具体的には、計測器39は、例えば、タンク支持部材21においてはタンク7に接触する部分の近傍および船体5に連結される部分の近傍に取り付けられている。計測器39は、例えば、内槽支持部材23においては内槽11および外槽13に接触する部分の近傍に取り付けられている。
 このように、計測器39を、疲労による強度低下が生じやすい部分である荷重伝達経路LPに取り付けることにより、効率的にタンク7の状態を計測することができる。なお、計測器39が取り付けられる荷重伝達経路LPを形成する部分は、上記で例示したタンク支持部材21および内槽支持部材23上に限定されず、タンク7や船体5におけるこれらの部材21,23の近傍も含む。また、計測器39は、荷重伝達経路LPに代えて、または追加して、他の部分に取り付けてもよい。さらに、タンク7の強度に影響を及ぼし得る部分であれば、船体5側に計測器39を取付けてもよい。タンク7又は船体5への計測器39の設置箇所及び設置点数の最適化は、設計段階において後述する設計支援装置50によって行われる。
 計算ユニット33は、タンク7の強度に関する状態を事前解析モデルによって計算する。事前解析モデルは、構造物の状態推定を行う解析モデル情報の一例である。事前解析モデルには、船体5およびタンク7の設計時における材料物性、境界条件、荷重条件等の条件が設定されている。計算ユニット33は、この事前解析モデルによって、応力、歪みといったタンク7の強度に関する状態を算出する。
 データ同化ユニット35は、計測ユニット31で取得した計測結果を用いたデータ同化によって前記事前解析モデルを更新する。データ同化は、数値モデルの不確定要因を実測値により統計的に修正する手法である。本実施形態では、データ同化ユニット35は、計算ユニット33で用いられる数値解析モデルに設定された上述の各種条件やパラメータを、計測ユニット31で取得した計測結果と比較し、有意差がある場合には計測結果を用いて修正することにより、事前解析モデルを更新する。
 評価ユニット37は、計算ユニット33から出力された計算結果に基づいて前記液化ガスタンク7の状態を評価する。具体的には、評価ユニット37は、計算ユニット33から出力された応力や歪みなどの値に基づいて累積疲労損傷の値を計算し、直ちに補修が必要か否か、あるいは補修が必要になるまでの推定期間を評価する。
 本実施形態では、評価ユニット37は、構造信頼性解析によって、推定対象物であるタンク7の強度に関する評価を行う。構造信頼性解析では、所定の期間中に対象の構造物が疲労損傷や静的破壊、脆性破壊などを生じる確率を算出する。本実施形態の例では、評価ユニット37は、構造信頼解析を用いて、上記の想定運航期間中にタンク7に疲労損傷を生じる確率を算出する。構造信頼解析の具体的な手法としては、例えば、一般的に知られている、数値積分法,Monte-Carloシミュレーション法,一次信頼性評価法,二次信頼性評価法,高次積率法,重点サンプリング法,応答面法などを用いることができる。
 このように構造信頼性解析を用いて評価を行うことにより、タンク7の状態についての評価結果を、補修の必要性等より実用的な情報として出力することが可能になる。もっとも、評価ユニット37によるタンク7状態の評価は、構造信頼性解析を用いずに、累積疲労損傷の確定値として出力してもよい。
 状態推定システム1は、さらに、評価ユニット37による評価結果を適宜の方法で報知する報知ユニット43を備えてもよい。報知ユニット43は、例えば、疲労強度低下の程度、所定の短期間内に疲労損傷が発生する確率に応じて、補修をすべき旨の警告や、荒天を回避すべき旨の警告を表示するように構成される。
 なお、状態推定システム1および状態推定方法が適用されるタンク7は、上記の例に限定されない。例えば、タンク7は方形の独立型タンクであってもよいし、独立型ではなく、船体5と一体的に形成された、いわゆるメンブレン型のタンクであってもよい。また、タンク7に限らず、任意の構造体であってもよい。
 図2は、本開示の実施形態に係る設計支援装置50の構成を示す図である。設計支援装置50は、専用の端末として構成されていてもよいし、汎用のコンピュータを用いて構成されていてもよいし、サーバ装置として構成されていてもよい。また、設計支援装置50の機能がこれら複数の装置に分散して実装されていてもよい。
 設計支援装置50は、情報処理部51、入力部52、記憶部53、及び表示部54を備えている。
 入力部52は、マウス、キーボード、又はタッチパネル等の任意の入力装置を用いて構成されている。
 表示部54は、液晶ディスプレイ又は有機ELディスプレイ等の任意の表示装置を用いて構成されている。
 記憶部53は、HDD、SSD、又は半導体メモリ等を用いて構成されている。記憶部53は、解析モデル情報71、計画情報72、及びコスト情報73を記憶する。但し、コスト情報73は省略されてもよい。
 解析モデル情報71は、構造物の状態推定を行うためのモデルであり、本実施形態ではタンク7の強度に関する状態を推定する上記の事前解析モデルに相当する。
 計画情報72は、計測器39の設置箇所及び設置点数の計画に関する設計情報を含む。計画情報72には、設置箇所及び設置点数の少なくとも一方が異なる複数の計画情報が含まれる。但し、各設置箇所への設置点数を所定数(例えば「1」)に固定することにより、設置点数の情報は省略されてもよい。
 コスト情報73は、計測器39を設置するために必要な設置コストに関する情報である。コスト情報73は、物品コストDB(データベース)81及び施工コストDB82を含む。物品コストDB81は、計測器39の単価に応じた物品コストを示すデータベースであり、物品コストは計測器39の種類によって異なる。施工コストDB82は、計測器39の設置に伴う材料費及び人件費等の施工コストを示すデータベースであり、施工コストは計測器39の設置箇所によって異なる。
 情報処理部51は、CPU等のプロセッサを用いて構成されている。情報処理部51は、コンピュータ読み取り可能なROM等の不揮発性記録媒体から読み出したプログラムをプロセッサが実行することによって実現される機能として、取得部61、算出部62、及び出力部63を備えている。換言すれば、上記プログラムは、設計支援装置50に搭載される情報処理装置としての情報処理部51を、取得部61(取得手段)、算出部62(算出手段)、及び出力部63(出力手段)として機能させるためのプログラムである。
 図3は、情報処理部51が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
 まずステップSP01において取得部61は、解析モデル情報71、計画情報72、及びコスト情報73を、記憶部53から読み出すことによって取得する。
 次にステップSP02において算出部62は、取得部61が取得した解析モデル情報71及び計画情報72に基づいて、計測器39の設置箇所が解析モデル情報71の状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出する。後述するように、本実施形態の例では当該指標値として経験的可観測性グラミアンの最小固有値を用いるが、この例に限られない。
 次にステップSP03において算出部62は、取得部61が取得したコスト情報73及び計画情報72に基づいて、計画情報72に応じて計測器39を設置するために必要なコスト値を算出する。なお、ステップSP03はステップSP02より前に実行されてもよいし、ステップSP02とステップSP03とが同時に実行されもよい。
 次にステップSP04において出力部63は、算出部62が算出した上記指標値及び上記コスト値を含む結果情報を生成して出力する。出力部63が出力した結果情報は、表示部54に入力される。本実施形態の例では、結果情報は、計画情報72と指標値とコスト値との対応関係を表示するグラフを含む画面90の画像データであるが、この例に限られない。ユーザは、表示部54に表示された画面90を視認することによって複数の計画情報に対応する複数の結果情報を比較検討でき、例えば最良の結果が得られた計画情報を採用することによって、計測器39の設置箇所及び設置点数を設計段階で最適化することができる。
 なお、重み係数を用いた指標値とコスト値との加重和を算出部62が評価値として算出し、出力部63が当該評価値を出力することにより、当該評価値に基づいて最適な計画情報を自動選択する構成としてもよい。
 図4は、結果情報を表す画面90の一例を簡略化して示す図である。
 画面90の左上の領域には、計画情報72に含まれる複数の計画情報に対応する複数の計測パターンP1~P3が表示されている。この例では、計測パターンP1は○印で示す3個の計測器39を含み、計測パターンP2は□印で示す4個の計測器39を含み、計測パターンP3は×印で示す6個の計測器39を含む。
 画面90の左下の領域には、計測器39の設置箇所に応じた上記寄与度の大きさを色分けして図示したコンター図が表示されている。
 画面90の右側領域には、横軸をコスト値とし、縦軸を寄与度の指標値とし、各計測パターンP1~P3の結果をプロットしたグラフが表示されている。原点Oを通る直線Lは、ユーザによって任意に設定される境界線を示している。ユーザは、直線Lよりも上側の領域に結果がプロットされている計画情報(この例では計測パターンP1)を採用でき、直線Lよりも下側の領域に結果がプロットされている計画情報(この例では計測パターンP2,P3)を採用できない。
 以下、算出部62による指標値の算出手法について詳細に説明する。
 システムの状態方程式は、式(1)及び式(2)によって示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 xは状態ベクトルであり、ある時刻tにおける状態(節点変位又は応力など)を表す。
 f(・)はシミュレーションモデルであり、例えばFEM(Finite Element Method)を用いた解析モデルである。
 vはシステムノイズであり、シミュレーションの不確実性を表すベクトルである。
 yは観測ベクトルであり、xから観測値を取り出したベクトルを表す。
 Hは観測行列であり、xから観測値を取り出すための行列である。各計画情報における計測器39の設置箇所は、観測行列Hによって与えられる。
 wは観測ノイズであり、観測の不確実性を表す。
 線形システムである場合は、式(1)は式(3)の線形結合で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 この場合、式(4)の可観測性グラム行列Gが正則であれば状態推定可能と判断でき、可観測性グラム行列Gの固有値の大小によって計測点の優劣を評価可能である。式(4)においてτは積分変数を示す。なお、可観測性とは、システムにおいて計測値から状態を推定可能か判断する指標を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 一方、非線形システムである場合は、可観測性グラム行列Gの厳密解が求められない。従って、非線形システムである場合は、可観測性グラム行列Gに代えて、式(5)で示される経験的可観測性グラム行列G’を用い、例えばその最小固有値を、状態推定精度への寄与度を示す指標値として用いる。なお、指標値としては、経験的可観測性グラム行列G’の最小固有値、最大固有値、トレース、又はこれらの平均値等を用いることができ、ユーザ又はサービス提供者等によって任意に選択できてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 式(5)中のYは、式(6)で与えられる。kは時間ステップである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 式(6)中のnはユーザによって定義された摂動の数を表す。摂動については後述する。
 式(6)中のΔy(k,n)は、式(7)で与えられる。これは、初期値xに微小な摂動δuを加えた際の観測ベクトルyの差分を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 式(7)中のρは摂動δuのノルムであり、式(8)で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 なお、上記の例では算出部62は関数式を用いて指標値を算出したが、変形例として、機械学習による学習済みモデル又はルックアップテーブル等を用いて指標値を算出する構成としてもよい。
 以下、摂動δuの求め方の一例について説明する。
 まず、シミュレーションの状態ベクトルxを列方向に時間発展を取るように並べた式(9)のSnapshot行列Xに対し、式(10)の分散共分散行列Sを定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 次に、分散共分散行列Sの固有値分解(主成分分析)を行い、固有値及び固有ベクトルを求める。計算の簡略化のため、実際は式(11)の条件で特異値分解し、式(12)における対角行列Dの各値を固有値とし、Uの各列を固有ベクトルとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 最後に、得られた固有値を大きい順に並べる。用いる固有値の数cを任意に決定し、固有値に対応する固有ベクトルを摂動δu(1<n<c)とする。
 なお、本開示にて開示する情報処理部51をはじめとする各要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC(Application Specific Integrated Circuits)、従来の回路、および/または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウエアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウエアである。ハードウエアは、本明細書に開示されているハードウエアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウエアであってもよい。ハードウエアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウエアとソフトウエアの組み合わせであり、ソフトウエアはハードウエアおよび/またはプロセッサの構成に使用される。
 本実施形態に係る設計支援装置50によれば、計測器39の設置箇所がタンク7の状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出し、算出した指標値を含む結果情報を出力することによって、状態推定の精度に応じて計測器39の設置箇所を最適化することが可能となる。
 また、計画情報72が計測器39の設置点数を含むことにより、状態推定の精度に応じて計測器39の設置点数を最適化することが可能となる。
 また、コスト情報73を用いることにより、計測器39の設置コストに応じて計測器39の設置箇所を最適化することが可能となる。
 また、コスト情報73が物品コストDB81及び施工コストDB82を含むことにより、適切な設置コストを算出することが可能となる。
 また、結果情報が、計画情報72と指標値との対応関係を表示するグラフを含む画面90の画像データであることにより、計画情報72と指標値との対応関係をユーザに分かりやすく提示することが可能となる。
 また、構造物が、船舶に設置された液化ガスタンクであることにより、船舶に設置された液化ガスタンクの状態推定を高精度な解析モデルを用いて行うことが可能となる。
 <本開示のまとめ>
 以上説明した本開示の実施形態をまとめると、以下のとおりである。
 本開示の第1の態様に係る情報処理方法は、情報処理装置が、構造物の状態推定を行う解析モデル情報と、前記構造物の状態に関する物理量を計測する計測器の設置箇所を含む計画情報とを取得し、取得した前記解析モデル情報と前記計画情報とに基づいて、前記設置箇所が前記状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出し、算出した前記指標値を含む結果情報を出力する。
 第1態様によれば、計測器の設置箇所が構造物の状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出し、算出した指標値を含む結果情報を出力することによって、状態推定の精度に応じて計測器の設置箇所を最適化することが可能となる。
 本開示の第2態様に係る情報処理方法は、第1態様において、前記計画情報は、前記計測器の設置点数をさらに含むと良い。
 第2態様によれば、状態推定の精度に応じてさらに計測器の設置点数を最適化することが可能となる。
 本開示の第3態様に係る情報処理方法は、第1又は第2態様において、前記計測器を設置するために必要な設置コストに関するコスト情報をさらに取得し、前記コスト情報と前記計画情報とに基づいて、前記計画情報に応じて前記計測器を設置するために必要なコスト値をさらに算出し、前記結果情報は、算出した前記コスト値をさらに含むと良い。
 第3態様によれば、さらに計測器の設置コストに応じて計測器の設置箇所を最適化することが可能となる。
 本開示の第4態様に係る情報処理方法は、第3態様において、前記設置コストは、前記計測器の単価に応じた物品コスト、及び、前記設置箇所に応じた施工コストを含むと良い。
 第4態様によれば、適切な設置コストを算出することが可能となる。
 本開示の第5態様に係る情報処理方法は、第1~第4態様のいずれか一つにおいて、前記結果情報は、前記計画情報と前記指標値との対応関係を表示するグラフを含むと良い。
 第5態様によれば、計画情報と指標値との対応関係をユーザに分かりやすく提示することが可能となる。
 本開示の第6態様に係る情報処理装置は、構造物の状態推定を行う解析モデル情報と、前記構造物の状態に関する物理量を計測する計測器の設置箇所を含む計画情報とを取得する取得部と、前記取得部が取得した前記解析モデル情報と前記計画情報とに基づいて、前記設置箇所が前記状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出する算出部と、前記算出部が算出した前記指標値を含む結果情報を出力する出力部と、
を備える。
 第6態様によれば、計測器の設置箇所が構造物の状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出し、算出した指標値を含む結果情報を出力することによって、状態推定の精度に応じて計測器の設置箇所を最適化することが可能となる。
 本開示の第7態様に係るプログラムは、情報処理装置を、構造物の状態推定を行う解析モデル情報と、前記構造物の状態に関する物理量を計測する計測器の設置箇所を含む計画情報とを取得する取得手段と、前記取得手段が取得した前記解析モデル情報と前記計画情報とに基づいて、前記設置箇所が前記状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出する算出手段と、前記算出手段が算出した前記指標値を含む結果情報を出力する出力手段と、として機能させるためのプログラムである。
 第7態様によれば、計測器の設置箇所が構造物の状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出し、算出した指標値を含む結果情報を出力することによって、状態推定の精度に応じて計測器の設置箇所を最適化することが可能となる。

Claims (7)

  1.  情報処理装置が、
     構造物の状態推定を行う解析モデル情報と、前記構造物の状態に関する物理量を計測する計測器の設置箇所を含む計画情報とを取得し、
     取得した前記解析モデル情報と前記計画情報とに基づいて、前記設置箇所が前記状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出し、
     算出した前記指標値を含む結果情報を出力する、
    情報処理方法。
  2.  前記計画情報は、前記計測器の設置点数をさらに含む、請求項1に記載の情報処理方法。
  3.  前記計測器を設置するために必要な設置コストに関するコスト情報をさらに取得し、
     前記コスト情報と前記計画情報とに基づいて、前記計画情報に応じて前記計測器を設置するために必要なコスト値をさらに算出し、
     前記結果情報は、算出した前記コスト値をさらに含む、請求項1に記載の情報処理方法。
  4.  前記設置コストは、前記計測器の単価に応じた物品コスト、及び、前記設置箇所に応じた施工コストを含む、請求項3に記載の情報処理方法。
  5.  前記結果情報は、前記計画情報と前記指標値との対応関係を表示するグラフを含む、請求項1に記載の情報処理方法。
  6.  構造物の状態推定を行う解析モデル情報と、前記構造物の状態に関する物理量を計測する計測器の設置箇所を含む計画情報とを取得する取得部と、
     前記取得部が取得した前記解析モデル情報と前記計画情報とに基づいて、前記設置箇所が前記状態推定の精度に与える寄与度の標値を算出する算出部と、
     前記算出部が算出した前記指標値を含む結果情報を出力する出力部と、
    を備える、情報処理装置。
  7.  情報処理装置を、
     構造物の状態推定を行う解析モデル情報と、前記構造物の状態に関する物理量を計測する計測器の設置箇所を含む計画情報とを取得する取得手段と、
     前記取得手段が取得した前記解析モデル情報と前記計画情報とに基づいて、前記設置箇所が前記状態推定の精度に与える寄与度の指標値を算出する算出手段と、
     前記算出手段が算出した前記指標値を含む結果情報を出力する出力手段と、
    として機能させるためのプログラム。
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